Hipertermia jąder indukuje stres oksydacyjny w nasieniu

Obserwowane od ponad 60 lat obniżenie parametrów nasienia i potencjału reprodukcyjnego mężczyzn spowodowane jest w głównej mierze wpływem czynników środowiskowych. To właśnie drastyczna zmiana stylu życia, dokonująca się na naszych oczach, kształtuje to środowisko. Sami przyczyniamy się do zwiększonego narażenia gonad męskich na działanie podwyższonej temperatury. Nie zdajemy sobie sprawy, że szkodzimy sobie zarówno poprzez pozycję przyjmowaną podczas siedzenia czy snu, jak i stosowanie zbyt ciasnej bielizny, regularne korzystanie z sauny lub przebywanie w innych miejscach o wysokiej temperaturze, długotrwałe prowadzenie pojazdów w pozycji siedzącej, otyłość, a nawet nadmierny wysiłek fizyczny podczas uprawiania sportu. Wykonywanie niektórych zawodów, takich jak kierowca, piekarz czy hutnik, również zwiększa ryzyko ekspozycji jąder na działanie podwyższonej temperatury. Oprócz zewnętrznych czynników środowiskowych hipertermia może mieć także charakter endogenny. Występuje to w przypadku wnętrostwa (niezstąpienia jąder) oraz żylaków powrózka nasiennego, które należą do najczęstszych chorób męskiego układu płciowego. Choroby przebiegające z wysoką gorączką (powyżej 39°C) również niekorzystnie wpływają na funkcjonowanie jąder.

Wiedzę na temat mechanizmów wywołanych przez wzrost temperatury, prowadzących do zaburzeń spermatogenezy, a w konsekwencji do niepłodności, czerpiemy głównie z badań na modelach zwierzęcych. Wpływ przegrzewania jąder na płodność u ludzi wciąż nie został w pełni poznany i wyjaśniony. Wychodząc naprzeciw potrzebom pacjentów z zaburzeniami płodności podjęliśmy się w Zakładzie Biologii Rozrodu i Komórek Macierzystych Instytutu Genetyki Człowieka PAN w Poznaniu zbadania molekularnych szlaków odpowiedzialnych za typ niepłodności męskiej wywołanej hipertermią gonad. Badania te przeprowadzono w ramach wieloośrodkowego projektu badawczego OPUS pt. „Weryfikacja hipotezy stresu oksydacyjnego, apoptozy i czynnika immunologicznego jako mechanizmów odpowiedzialnych za niską jakość nasienia u mężczyzn narażonych na szok temperaturowy jąder”, który sfinansowało Narodowe Centrum Nauki, a kierownikiem projektu była dr hab. Monika Frączek, prof. IGC PAN. Badaniami objęto ponad 300 mężczyzn w wieku reprodukcyjnym. Na podstawie szczegółowo zebranych danych klinicznych oraz informacji ankietowych uczestnicy zostali zakwalifikowani do jednej z pięciu grup: mężczyzn niepłodnych z żylakami powrózka nasiennego, mężczyzn niepłodnych z przebytym w dzieciństwie wnętrostwem, kierowców zawodowych, mężczyzn niepłodnych, którzy nie byli narażeni na długotrwałe działanie podwyższonej temperatury oraz mężczyzn o potwierdzonej płodności. 

W projekcie przeanalizowaliśmy wszystkie kluczowe czynniki mogące wpływać na status płodności u mężczyzn zagrożonych przegrzewaniem jąder. Nasze badania wykazały, że u mężczyzn narażonych na długotrwałe działanie czynnika temperaturowego – niezależnie od jego źródła – częściej dochodzi do obniżenia liczby plemników oraz osłabienia nie tylko ich ruchliwości, ale również morfologii. Główną przyczyną tych niekorzystnych zmian jest wzmożony metabolizm tlenowy plemników, który skutkuje zwiększoną produkcją reaktywnych form tlenu. To z kolei prowadzi do szybszego wyczerpywania się w nasieniu puli antyoksydantów, czyli związków neutralizujących właśnie nadmiar takich wysoce reaktywnych cząsteczek. Niewykluczone, że zaobserwowane w projekcie zmiany poziomu antyoksydantów w plazmie nasiennej u mężczyzn długotrwale eksponowanych na podwyższoną temperaturę mają również związek z upośledzoną funkcją prostaty i najądrza, narządów stanowiących główne źródło antyoksydantów w męskim układzie płciowym. Osłabienie ich funkcjonalności może być kolejnym negatywnym efektem działania czynnika temperaturowego. Wyniki naszego projektu dostarczyły nowych klinicznych dowodów na potencjalną skuteczność leczenia zaburzeń płodności indukowanych lokalną hipertermią z wykorzystaniem związków o działaniu antyoksydacyjnym. Badania tego typu są już prowadzone na świecie, a dotychczasowe wyniki testów eksperymentalnych na ludzkich plemnikach w warunkach ex vivo, z użyciem antyoksydantów takich jak melatonina i witamina C, wykazały efekt ochronny tych związków, czyli zabezpieczenie plemników przed stresem oksydacyjnym wywołanym wysoką temperaturą. Badania realizowane z wykorzystaniem szerokiego spektrum analizowanych parametrów i obejmujące różnorodne grupy mężczyzn, zarówno eksponowanych jak i nieeksponowanych na działanie czynnika temperaturowego, są ważne i potrzebne, ponieważ pozwalają nie tylko identyfikować przyczyny niepłodności, ale także opracowywać skuteczne metody diagnostyczne i formy terapii dla pacjentów z niepłodnością indukowaną stresem temperaturowym.

W leczeniu niepłodności męskiej, jeśli istnieje ryzyko przegrzewania jąder, należy w miarę możliwości usunąć czynnik powodujący wzrost temperatury w gonadach. W większości przypadków możliwa jest interwencja w zakresie źródeł egzogennych. Unikanie niekorzystnych czynników środowiskowych, zmiana stylu życia, dieta bogata w antyoksydanty oraz umiarkowana aktywność fizyczna, mogą w wielu przypadkach poprawić jakość nasienia i przywrócić płodność. W przypadku źródeł endogennych, również dysponujemy całym szeregiem skutecznych możliwości, np. usunięcie żylaków powrózka nasiennego, sprowadzenie jąder do moszny przy wnętrostwie (obecnie procedura rutynowa), planowanie poczęcia w odstępie co najmniej trzech miesięcy po wystąpieniu epizodu gorączki czy wizycie w saunie. Ustalenie optymalnego składu antyoksydantów, umożliwiającego przywrócenie równowagi redox (ang. oxidation-reduction potential) w nasieniu mężczyzn narażonych na przegrzewanie jąder, wymaga jednak dalszych badań eksperymentalnych i klinicznych.

Opracowanie:

Dr hab. Monika Frączek, prof. IGC PAN z Zakładu Biologii Rozrodu i Komórek Macierzystych Instytutu Genetyki Człowieka Polskiej Akademii Nauk w Poznaniu

dr Marzena Kamieniczna z Zakładu Biologii Rozrodu i Komórek Macierzystych Instytutu Genetyki Człowieka Polskiej Akademii Nauk w Poznaniu

Piśmiennictwo:

1. Ahmad G, Agarwal A, Esteves SC, Sharma R, Almasry M, Al-Gonaim A, AlHayaza G, Singh N, Al Kattan L, Sannaa WM, Sabanegh E. Ascorbic acid reduces redox potential in human spermatozoa subjected to heat-induced oxidative stress. Andrologia. 2017 Dec;49(10). doi: 10.1111/and.12773.
2. Budzinska M, Kamieniczna M, Wojnar L, Gill K, Piasecka M, Kups M, Fraczek M. The role of the intrinsic pathway of apoptosis in human ejaculated sperm damage under a state of scrotal heat stress. J Assist Reprod Genet. 2024 Jan;41(1):99-108. doi: 10.1007/s10815-023-02992-9.
3. Fraczek M, Kamieniczna M, Budzinska M, Kurpisz M. Hyperthermia and sperm quality – a risk factor for male infertility or contraceptive target. Postępy Andrologii Online, 2018, 5 (2), 48–61.
4. Fraczek M, Lewandowska A, Budzinska M, Kamieniczna M, Wojnar L, Gill K, Piasecka M, Kups M, Havrylyuk A, Chopyak V, Nakonechnyy J, Nakonechnyy A, Kurpisz M. The role of seminal oxidative stress scavenging system in the pathogenesis of sperm DNA damage in men exposed and not exposed to genital heat stress. Int J Environ Res Public Health. 2022 Feb 25;19(5):2713. doi: 10.3390/ijerph19052713.
5. Fraczek M, Wojnar L, Kamieniczna M, Piasecka M, Gill K, Kups M, Chopyak V, Havrylyuk A, Nakonechnyy J, Nakonechnyy A, Wozniak T, Kurpisz M. Seminal plasma analysis of oxidative stress in different genitourinary topographical regions involved in reproductive tract disorders associated with genital heat stress. Int J Mol Sci. 2020 Sep 3;21(17):6427. doi: 10.3390/ijms21176427.
6. Shahat AM, Rizzoto G, Kastelic JP. Amelioration of heat stress-induced damage to testes and sperm quality. Theriogenology. 2020 Dec;158:84-96. doi: 10.1016/j.theriogenology.
7. Zhao F, Whiting S, Lambourne S, Aitken RJ, Sun YP. Melatonin alleviates heat stress-induced oxidative stress and apoptosis in human spermatozoa. Free Radic Biol Med. 2021 Feb 20;164:410-416. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2021.01.014.

Z0BACZ TAKŻE

Leczenie przeciwzapalne, przeciwbakteryjne, antyoksydacyjne oraz suplementacja diety pozytywnie wpływa na ruchliwość plemników u pacjentów z oligozoospermią i leukocytospermią.

Naukowcy z białostockiej kliniki przeprowadzili badania, wśród mężczyzn z nieprawidłowymi wynikami badań... Więcej →

Rola antyoksydantów w leczeniu niepłodności u mężczyzn

Streszczenie Stres oksydacyjny spowodowany jest zachwianiem równowagi między wytwarzaniem tzw. reaktywnych... Więcej →

Reaktywne formy tlenu (ROS), leukocytospermia i jakość nasienia

Na przestrzeni lat starano się udowodnić dwoistość natury leukocytów i substancji przez nie wydzielanych w... Więcej →

Spożywanie małej ilości pokarmów zawierających antyoksydanty jest związane z pogorszoną jakością nasienia

Aby prześledzić wpływ żywienia na jakość nasienia, hiszpańscy naukowcy przeprowadzili na przestrzeni 3 lat... Więcej →

Liczba wolnych rodników tlenowych (ROS) u niepłodnych mężczyzn jest podwyższona

Wiadomo, że wolne rodniki tlenowe tzw. ROS (ang.: Reactive Oxygen Species) obecne w nasieniu w zbyt... Więcej →

Suplementacja kwasem foliowym, selenem i witaminą E poprawiała koncentrację i ruchliwość plemników u niepłodnych pacjentów po usunięciu żylaków powrózka nasiennego

Grupa irańskich naukowców przeprowadziła badanie wpływu suplementacji antyoksydantami: witaminą E,... Więcej →

Pogorszenie parametrów nasienia u górnika związane ze zmianą warunków pracy – opis przypadku

Powszechnie znany jest fakt, że podwyższona temperatura jąder jest czynnikiem negatywnie wpływającym na... Więcej →

Wysoka temperatura jąder – powszechnie znany wróg płodności mężczyzn

Istnieje wiele informacji na temat negatywnego wpływu wysokiej temperatury na płodność mężczyzn,... Więcej →

Wpływ gorączki na wyniki badania ogólnego nasienia i chromatyny plemnikowej – opis przypadków

Wiadomo, że podwyższona temperatura ciała (zarówno na skutek procesów fizjologicznych np. gorączki, jak i... Więcej →